66) Какие параметры определяют свойства транзистора в его быстродействии

Транзисторы работают между активным режимом и отсечкой, в результате чего схема не входит в режим насыщения, что увеличивает ее быстродействие.

Быстродействие транзистора зависит только от скорости перезарядки барьерной емкости. Причиной инерционности биполярного транзистора являются конечное время переноса зарядов от эмиттерного перехода к коллекторному и паразитные емкости указанных переходов. А быстродействие, в свою очередь, зависит от того, насколько сильны инерционные свойства.

Быстродействие транзистора определяется временем переключения транзисторных ключей, а удельная проводимость(и быстродействие), зависит от концентрации носителей заряда и от их подвижности.

Быстродействие транзистора определяется временем переключения транзисторных ключей, или вентилей, которое обратно пропорционально потребляемой мощности Р:=А/Р. Здесь А - работа ключа на одно переключение. Повышение мощности в целях ускорения переключения, как правило, требует увеличения расстояния между отдельными элементами схемы для соблюдения необходимого теплового режима, что приводит к уменьшению плотности размещения элементов и увеличению задержки на распространение сигнала по линиям.

Мощность, рассеиваемая в кристалле в виде теплоты, должна быть меньше тепловой мощности, которая может быть отведена.

67) Чем отличается полевой транзистор от биполярного

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделен от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

Рис. 4.4. Активный режим биполярного транзистора

68) Активный режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 4.4.

За счет прямого смещения эмиттерного перехода электроны – основные носители n–слоя переходят в р–слой. Часть из них рекомбинирует с дырками базовой области. Поскольку технологически обеспечивается неравенство р_р  п_n

и база выполняется узкой, то вероятность рекомбинации мала, и большая часть электронов эмиттера доходит до запертого коллекторного перехода. Поскольку электроны эмиттера для р–области (базы) являются неосновными носителями, то поле запертого коллекторного перехода является для них ускоряющим и они путем дрейфа переходят в область коллекторного слоя п.

Рис. 4.5. Работа биполярного транзистора от реального источника управляющего сигнала

Запирающий источник Е_и вызывает протекание малого обратного тока коллекторного перехода I_ко. Обозначив коэффициентом часть электронов эмиттера, избежавших в слое базы рекомбинации и попавших в слой коллектора, можно записать очевидное соотношение для тока коллектора в активном режиме, как

I_к= I_э+ I_ко, I_э=F(Е_эб). (4.1)

Из (4.1) с очевидностью подтверждается, что биполярный транзистор является электрически управляемым элементом: I_к= F(I_э) = F(Е_эб).

Рис. 4.6. Управление током базы

Учитывая малость обратного тока (I_ко0) и близость к единице коэффициента , можно считать, что

I_к  I_э. (4.2)

Так как напряжение источника Е_кб (запирающего) может быть выбрано много больше, чем напряжение Е_эб на открытом переходе (для кремния это около 0,7В), на основании (4.2) можно записать

(Р _и = I_кЕ_кб) >> (Р _у =I_эЕ_эб),

т. е. мощность источника энергии Р_и, управляемая транзистором, много больше мощности управления Р_у, что является обязательным свойством любого управляемого элемента. В этом смысле говорят, что биполярный транзистор является усилительным элементом.

Если рассматривать ток коллектора как функцию тока эмиттера (4.1), то это вариант управления током. Но это чисто условно, поскольку ток I_э=F(Е_эб) и можно считать, что транзистор управляется напряжением, когда связь выходного тока с управляющим напряжением может быть представлена в виде

I_к= Е_эб + I_ко, (4.3)

где – коэффициент, называемый крутизной биполярного транзистора, имеющий размерность проводимости.

Реально источник управляющего сигнала всегда можно представить в виде идеального источника ЭДС Е_у с внутренним сопротивлением R_у (рис. 4.5), и в этом случае использование соотношений (4.1) или (4.3) является делом вкуса, т.к. для определения I_у и U_у через заданные Е_у и R_у необходимо решать нелинейную задачу.

Главным недостатком схемы с ОБ, из-за которого эта схема в чистом виде практически не используется, является большая величина тока, а, следовательно, мощность управления – соотношение (4.2). Реальные источники сигналов в большинстве случаев не могут из-за ограниченной мощности обеспечить такой ток (мощность). Возвращаясь к рис. 4.4, на основании закона Кирхгофа для узла Б имеем

I_э=I_б+I_к ,

или с учетом соотношения (4.1)

I_б = I_э - I_к= I_э(1- ) - I_ко. (4.4)

Учитывая, что 1, из (4.4) следует

I_б << I_э, I_б << I_к.

Поскольку ток базы вызывается тем же самым напряжением Е_бэ, что и ток эмиттера, из (4.4) следует, что получить одинаковый ток коллектора можно за счет задания тока базы, значительно меньшего, чем ток эмиттера.

Это достигается в схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ), рис. 4.6.

Теперь мощность, потребляемая от управляющего источника,

Р_у=Е_бэI_б

много меньше, чем в схеме с ОБ, благодаря чему схема с ОЭ является основной схемой, используемой на практике.